KR20200131349A - Object detection apparatus and method including metamaterial antenna side lobe characteristics - Google Patents

Object detection apparatus and method including metamaterial antenna side lobe characteristics Download PDF

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쇼아이브 샤피
압둘라 자이디
톰 제리안
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메타웨이브 코포레이션
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Abstract

본 발명은 전자기 송신의 사이드 로브의 하프-파워 조명 영역이 물체를 검출하는 메타 물질 안테나 구조 방법 및 장치를 제공한다. The present invention provides a method and apparatus for a metamaterial antenna structure in which a half-power illumination region of a side lobe of an electromagnetic transmission detects an object.

Description

메타 물질 안테나 사이드 로브 특성을 포함하는 물체 검출 장치 및 방법Object detection apparatus and method including metamaterial antenna side lobe characteristics

관련 출원의 상호 참조Cross-reference of related applications

본 출원은 2018년 4월 12일에 출원된 미국 가출원 번호 제62/656,903호의 우선권을 주장하며, 그 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다.This application claims priority to U.S. Provisional Application No. 62/656,903, filed April 12, 2018, the contents of which are incorporated herein by reference.

발명의 분야Field of invention

본 발명은 무선 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 메타 물질 장치를 이용해서 물체를 검출하는 레이더 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless system, and more particularly, to a radar system for detecting an object using a meta-material device.

레이더 안테나는, 방사 신호의 사이드 로브와 관련된 손실은 감소시키면서 관심 영역에만 파워를 집중하도록 설계된다. 많은 설계가, 물체 검출에 사용할 수 있는 에너지를 최적화하면서 사이드 로브의 크기를 감소시키려고 한다.Radar antennas are designed to focus power only in the region of interest while reducing losses associated with the side lobes of the radiated signal. Many designs try to reduce the size of the side lobes while optimizing the energy available for object detection.

본 출원은, 이하의 상세한 설명을 첨부된 도면과 함께 참조함으로써 보다 충분히 이해될 수 있을 것인데, 도면은 실제 축척으로 도시된 것은 아니며, 전체 도면에서 유사한 부분은 유사한 참조 번호가 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 시야를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른, 차량에 적용되는 레이더 유닛 및 전자기 방사 송신의 대응하는 로브를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 도 2와 같은 레이더 시스템의 동작의 흐름도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 메인 송신 신호 로브의 방향을 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 송신 및 수신 안테나를 가진 시스템을 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 시스템을 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 및 제어 시스템을 도시한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 가드 요소 방사 패턴 및 검출 시나리오를 도시한다.The present application may be more fully understood by referring to the following detailed description together with the accompanying drawings, the drawings are not drawn to scale, and like reference numerals refer to similar parts in the entire drawings.
1 shows a view of a vehicle according to an embodiment of the present invention.
2 shows a radar unit applied to a vehicle and a corresponding lobe of electromagnetic radiation transmission according to embodiments of the present invention.
3 shows a flowchart of the operation of the radar system as shown in FIG. 2 according to an embodiment of the present invention.
4 shows a direction of a main transmission signal lobe according to an embodiment of the present invention.
5 shows a system having transmit and receive antennas according to an embodiment of the present invention.
6 shows an antenna system according to an embodiment of the present invention.
7 shows an antenna and a control system according to an embodiment of the present invention.
8 and 9 show antenna guard element radiation patterns and detection scenarios according to an embodiment of the present invention.

레이더의 시야를 확장하면서 레이더 시스템에서 사용되는 전력을 최적화하기 위해서, 본 발명은 레이더 송신의 사이드 로브들로부터 수신된 신호를 통합하는 방법 및 장치를 제공한다. 일부 실시예에서, 도달 범위 및 각도가 레이더 시스템의 메인 로브 또는 사이드 로브에서의 검출을 결정하는 데 사용된다. 일부 실시예에서, 이 메인 로브 외부에서 물체를 검출하도록 안테나 가드 요소가 구현된다. 안테나 시스템은, 다수의 방사 요소를 구비한 안테나 어레이와 같은 다수의 안테나 요소로 구성되며, 이는 메타 물질 요소일 수도 있고, 메타-구조 요소일 수도 있으며, 혹은 다른 방사 요소 구조일 수도 있다. In order to optimize the power used in a radar system while expanding the radar's field of view, the present invention provides a method and apparatus for integrating signals received from side lobes of a radar transmission. In some embodiments, the range and angle of reach are used to determine detection in the main or side lobes of the radar system. In some embodiments, an antenna guard element is implemented to detect objects outside this main lobe. The antenna system is composed of a plurality of antenna elements, such as an antenna array having a plurality of radiating elements, which may be meta-material elements, meta-structure elements, or other radiation element structures.

이들 과제 및 다른 과제는 물체 검출을 위한 메타 물질 안테나 설계를 제공하는 본 발명에 의해 해결될 수 있다. 메타 물질 설계는 소형 구조로 형성된 전도성 물질을 사용해서 구현될 수 있는 데, 이는 디지털 빔 형성 기술을 이용하지 않고 메타 물질 요소의 리액턴스 특성을 변경해서 안테나의 동작을 제어함으로써, 송신 빔의 정확한 방향 및 이 빔의 제어를 가능하게 한다. These and other problems can be solved by the present invention, which provides a metamaterial antenna design for object detection. The meta-material design can be implemented using a conductive material formed in a small structure. This is achieved by controlling the operation of the antenna by changing the reactance characteristics of the meta-material element without using a digital beam-forming technology. This makes it possible to control the beam.

도 1에 도시된 바와 같이, 차량(102)은 레이더 유닛(104)을 갖는데, 이는 송신 및 수신 동작을 위한 단일 안테나 어레이를 가질 수도 있고, 혹은 송신 동작과 수신 동작을 위한 개별적인 안테나 어레이 또는 요소를 가질 수도 있다. 레이더 유닛(104)은 메인 로브 및 하나 이상의 사이드 로브를 갖는 방사 빔을 생성하도록 동작한다. 생성되는 특정한 패턴은, 빔 스티어링, 빔 스위칭 및/또는 방사 빔 생성을 위한 다른 메커니즘을 가능하게 하는 레이더 유닛(104)의 능동 소자에 의해 변경될 수 있다. 빔 스티어링은 일반적인 래스터 스캔 방법에 따라 수행될 수도 있고, 시야 내에서의 응답 및 검출되는 물체에 기초해서 조정될 수도 있다.As shown in Figure 1, vehicle 102 has a radar unit 104, which may have a single antenna array for transmit and receive operations, or separate antenna arrays or elements for transmit and receive operations. You can have it. The radar unit 104 operates to generate a beam of radiation having a main lobe and one or more side lobes. The specific pattern that is generated can be altered by the active elements of the radar unit 104, which enable beam steering, beam switching and/or other mechanisms for generating the radiation beam. Beam steering may be performed according to a general raster scan method, or may be adjusted based on a response within a field of view and a detected object.

도 1에 도시된 바와 같이, 차량(102)의 바로 앞에는 물체(1)가 위치되어 있고, 측면에는 물체(2)가 위치되어 있다. 레이더 유닛(104)의 목표 및 동작은 차량의 경로에 있을 수 있는 임의의 물체를 검출하고, 이에 응답해서 자동 반응 혹은 운전자에 대한 경고일 수 있는 적절한 조치를 결정하는 것이다. 이러한 시스템은 ADAS(Automated Driver Assist System)에서 구현되어서 차량의 운전자에게 안내 정보를 제공하도록 구현될 수도 있고, 혹은 사람의 개입이 필요하지 않은 자율 주행 차량에서 구현될 수도 있다. 차량(102)은 레이더 유닛(104)과 협력하는 또는 동시에 동작하는 다른 센서를 가질 수도 있다. 레이더 유닛(104)은 임의의 다양한 구성을 취할 수 있는 안테나를 갖는다. 유사하게, 레이더 유닛(104)은 차량을 따라서 또는 차량 내에 위치된 다수의 레이더 센서를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, the object 1 is located right in front of the vehicle 102, and the object 2 is located on the side. The goal and operation of the radar unit 104 is to detect any objects that may be in the path of the vehicle and in response to determine appropriate actions, which may be automatic reactions or warnings to the driver. Such a system may be implemented in an Automated Driver Assist System (ADAS) to provide guidance information to the driver of the vehicle, or may be implemented in an autonomous vehicle that does not require human intervention. Vehicle 102 may have other sensors that cooperate with or operate simultaneously with radar unit 104. The radar unit 104 has an antenna that can take on any of a variety of configurations. Similarly, the radar unit 104 may include multiple radar sensors located along or within the vehicle.

차량(102)은 또한 차량 주위의 다수의 센서로부터 정보를 취하는 중앙 제어 시스템(종종 센서 융합(sensor fusion)이라고도 함)을 포함할 수 있다. 센서 융합은 신호를 취해서 차량을 안전하게 제어하도록 설계된 방식(scheme)에 따라 동작한다. 센서 융합이 판정하는 성능은, 수신한 데이터의 정확성에 기초한다. 안전을 위해서, 각각의 타입의 센서의 이점 및 장점을 최적화하도록 다양한 센서가 조정될 수 있다. 레이더 유닛(104)은 모든 타입의 기상(weather) 조건에서 작동할 수 있고 긴 물체 검출 거리를 갖고 있기 때문에, 이 레이더 유닛(104)은 중요한 센서 정보를 제공한다. 이것은 60mph 이상의 속도에서 차량이 동작하는 데 중요하다.Vehicle 102 may also include a central control system (sometimes referred to as sensor fusion) that takes information from multiple sensors around the vehicle. Sensor fusion works according to a scheme designed to take signals and safely control the vehicle. The performance that sensor fusion determines is based on the accuracy of the received data. For safety reasons, various sensors can be adjusted to optimize the advantages and advantages of each type of sensor. Since the radar unit 104 can operate in all types of weather conditions and has a long object detection distance, this radar unit 104 provides important sensor information. This is important for the vehicle to operate at speeds above 60 mph.

물체를 검출하고 분류하는 능력은 본 명세서에서 제시되는 실시예의 일부이며, 다양한 조건을 사용해서, 수신한 레이더 검출 정보와 데이터, 에코 및 반사를 수신해서 검출 정보에 대응하는 물체에 대한 분류를 결정하는 인지 엔진을 생성한다. 인지 엔진은 인공 지능(AI) 엔진과 같은 인지 엔진으로의 특정한 입력을 아날로그 정보를 사용해서 결정하고, 분류를 출력한다. 동작시에, 이 분류는 하나 이상의 물체 타입에 대한 확률로서 제공된다. 본 실시예에서, 인지 엔진은 다수의 엔진을 포함할 수 있는데, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 그 중 하나는 메인 로브로부터, 물체를 분류하는 데 사용되고 다른 하나는 하나 이상의 사이드 로브 또는 가드 로브로부터 물체를 분류하는 데 사용된다. The ability to detect and classify objects is part of the embodiments presented herein, and uses various conditions to receive radar detection information and data, echoes and reflections received to determine classification for objects corresponding to the detection information. Create a cognitive engine. The cognitive engine uses analog information to determine specific inputs to a cognitive engine, such as an artificial intelligence (AI) engine, and outputs a classification. In operation, this classification is provided as a probability for more than one object type. In this embodiment, the cognitive engine may include multiple engines, one of which is from the main lobe, one of which is used to classify objects and the other from one or more side lobes or guard lobes. Used to classify objects.

도 2는 시스템(100) 및 레이더 유닛(104)으로부터의 다양한 레이더 빔폼을 도시한다. 메인 로브("ML")(120)는 차량(102)의 다이렉트 경로에 있는 물체를 검출하도록 구성된다. 물체 1(O1)은 검출 영역으로 도시된 ML(120)의 시야 내에 있다. 검출 영역은 레이더 유닛(104)의 수신 안테나가 그 안에 물체로부터의 리턴 신호를 수신하는 영역이다. 도시된 물체(O1)는 차량(102)의 방향에 대해 0°인 다이렉트 시선(조준(boresight)이라고도 함)에 위치되어 있다. 레이더 유닛(104)으로부터 송신되는 빔폼은, 윤곽이 그려진 검출 영역으로 도시된 우측 로브(RSL;Right Side Lobe)(124) 및 좌측 로브(LSL)(122)를 포함한 다수의 사이드 로브를 갖는다. 사이드 로브는 전자기(EM) 송신 빔의 송신 특성으로, 다양한 형태를 취할 수 있다. 종종 사이드 로브는 판정이 어렵고 매끄럽게 제어되지 않는다.2 shows various radar beamforms from system 100 and radar unit 104. The main lobe ("ML") 120 is configured to detect objects in the direct path of the vehicle 102. Object 1 (O 1 ) is within the field of view of ML 120, shown as the detection area. The detection area is an area in which the receiving antenna of the radar unit 104 receives a return signal from an object therein. The illustrated object O 1 is positioned at a direct line of sight (also referred to as boresight) that is 0° with respect to the direction of the vehicle 102. The beamform transmitted from the radar unit 104 has a plurality of side lobes including a right side lobe (RSL) 124 and a left lobe (LSL) 122 shown as an outlined detection area. The side lobe is a transmission characteristic of an electromagnetic (EM) transmission beam and can take various forms. Often the side lobes are difficult to judge and not smoothly controlled.

본 실시예의 일부에서, 레이더 유닛(104)은, 사이드 로브의 검출 영역 내에 위치된 물체로부터의 에코를 수신하고 ML(120)의 검출 영역 성능에 대한 실질적인 확장을 제공하는 수신 안테나를 갖는다. 사이드 로브(122, 124)에 있는 물체로부터의 레이더 신호 반사는 물체 검출 정보를 제공한다. 예를 들어 FMCW(Frequency Modulated Continuous Waveform)의 경우, 리턴 신호를 사용해서 물체까지의 범위는 물론 해당 물체의 속도를 결정한다. 추가적인 처리를 행함으로써, 레이더 유닛(104)은 도달 각도를 검출할 수 있는데, 이는 차량(102)에 대한 물체의 실제 위치 측정을 가능하게 한다. 예를 들어, RSL(124)은 물체 2(O2)에서 반사되어서, RSL(124)의 검출 영역에 들어있는 위치에 있는 물체를 식별하는 데 사용될 수 있다. 물체 위치는 반사각으로 식별된다. In some of the present embodiments, the radar unit 104 has a receive antenna that receives echoes from objects located within the detection area of the side lobes and provides a substantial extension to the detection area performance of the ML 120. Radar signal reflections from objects in the side lobes 122 and 124 provide object detection information. For example, in the case of FMCW (Frequency Modulated Continuous Waveform), the speed of the object as well as the range to the object is determined using a return signal. By performing further processing, the radar unit 104 can detect the angle of arrival, which makes it possible to measure the actual position of the object relative to the vehicle 102. For example, RSL 124 reflects off object 2 (O 2 ) and can be used to identify an object at a location within the detection area of RSL 124. The object position is identified by the angle of reflection.

레이더 유닛(104)의 안테나가 각각의 로브 내의 물체를 검출할 수 있는 영역을 하프-파워 조명 영역(Half-Power Illumination Area; HPIA)이라고 한다. 안테나 시스템은 형상과 방향을 가진 방사 신호를 생성하며, 메인 로브, 사이드 로브 및 가드 로브 각각은 고유의 HPIA를 갖는다. 일반적으로 사이드 로브는 메인 로브의 방향, 이득 및 특성에 따라 달라지며, 따라서 메인 빔의 방향을 변경하면 사이드 로브의 검출 영역도 변경된다. 해당 메인 로브 방향과 관련된 HPIA를 결정하기 위해서, 레이더 유닛(104)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 로브가 달성할 수 있는 다양한 각도 조정을 고려한다. 이러한 방식으로, 메인 로브와 사이드 로브는 메인 로브만 있는 경우보다 더 넓은 영역을 커버할 수 있다. 많은 안테나 애플리케이션에서는 메인 로브에 있는 물체만 검출 가능하지만, 본 발명은 다수의 HPIA 내에서 물체를 검출하는 것을 가능하게 하고, 환경에 따라서는 특정한 방향으로의 이동뿐만 아니라 특정 영역의 스캔도 가능하게 한다. 예를 들어, 물체가 사이드 로브에서 검출되면, 레이더 유닛(104)은 메인 빔의 방향을 변경해서 물체(들)를 캡쳐할 수 있다. An area in which the antenna of the radar unit 104 can detect an object in each lobe is referred to as a half-power illumination area (HPIA). The antenna system generates a radiated signal with shape and orientation, and each of the main lobes, side lobes and guard lobes has its own HPIA. In general, the side lobe depends on the direction, gain, and characteristics of the main lobe. Therefore, changing the direction of the main beam also changes the detection area of the side lobe. In order to determine the HPIA associated with the corresponding main lobe direction, the radar unit 104 considers the various angle adjustments that each lobe can achieve, as shown in FIG. 4. In this way, the main lobe and the side lobe can cover a wider area than if there is only the main lobe. In many antenna applications, only objects in the main lobe can be detected, but the present invention makes it possible to detect objects within multiple HPIAs and, depending on the environment, not only move in a specific direction, but also scan a specific area. . For example, if an object is detected in the side lobe, the radar unit 104 may change the direction of the main beam to capture the object(s).

도 2의 시나리오에서, 메인 빔은, 차량(102)의 전방 경로에 위치된 물체(1)(타깃이라고 하며 본 명세서에서는 01로 표시됨)를 검출할 HPIA를 갖는다. 차량(102)이 계속 전방을 향함에 따라서, 레이더는 이를 타깃(01)을 계속 검출하고 적절한 액션을 취할 것이다. 또한, RSL(124)의 HPIA 내에 물체 2(타깃(02))가 있다. RSL에 의한 검출시에, 레이더 유닛(104)은 타깃 2을 캡처 혹은 추적하기 위해 다양한 임의의 액션을 취해서 안테나를 조정한다. 한 시나리오에서, 레이더 유닛(104)은 HPIA가 타깃(02)을 캡처한 각도로 메인 로브를 지향시키도록 송신 안테나를 조정한다. 다른 시나리오에서, 레이더 유닛(104)은 HPIA가 타깃(02)을 캡처하는 각도로 RSL(124)를 지향시키도록 송신 안테나를 조정한다. 이들 시나리오에서, 수신 안테나 또는 수신기는 송신 동작에 조합되어서, 이에 따라 조정될 수 있다. In the scenario of FIG. 2, the main beam has an HPIA to detect an object 1 (referred to as a target and denoted herein as 0 1 ) located in the forward path of vehicle 102. As the vehicle 102 continues to face forward, the radar will continue to detect this target 0 1 and take appropriate action. Also, there is object 2 (target (0 2 )) in the HPIA of RSL 124. Upon detection by RSL, the radar unit 104 adjusts the antenna by taking various arbitrary actions to capture or track target 2. In one scenario, the radar unit 104 adjusts the transmit antenna to point the main lobe at the angle where the HPIA captured the target 0 2 . In another scenario, the radar unit 104 adjusts the transmit antenna to point the RSL 124 at an angle where the HPIA captures the target 0 2 . In these scenarios, the receive antenna or receiver can be combined in the transmit operation and adjusted accordingly.

종래의 레이더 유닛은 사이드 로브 방사의 크기를 최소화하도록 설계된다. 그러나, 본 발명은 사이드 로브가 다른 응용예에서 허용되는 것보다 큰 상황에서 적용될 수 있다. 본 발명은 사이드 로브들로부터의 정보를 통합해서, 사이드 로브 HPIA를 레이더 유닛(104)과 같은 레이더 유닛의 결합 성능의 일부로서 간주함으로써, 레이더로부터의 방사 패턴의 사용을 최적화한다. 본 발명은 또한 클러스터링된 환경 내에서 다수의 물체를 검출하는데 적용될 수도 있다. 메인 로브 HPIA가 레이더의 조준 내에서 타깃(O1)을 캡처하는 동안 RSL(124) HPIA는 타깃(O2)을 캡처한다.Conventional radar units are designed to minimize the magnitude of side lobe radiation. However, the present invention can be applied in situations where the side lobe is larger than that allowed in other applications. The present invention optimizes the use of radiation patterns from the radar by incorporating information from the side lobes and considering the side lobe HPIA as part of the coupling capability of a radar unit such as radar unit 104. The invention may also be applied to detect multiple objects within a clustered environment. The RSL 124 HPIA captures the target O 2 while the main lobe HPIA captures the target (O 1 ) within the radar's aim.

도 3은 레이더 유닛(104)을 제어하기 위한 본 발명의 일부 실시예에 따른 프로세스(300)를 도시한다. 프로세스(300)는 송신기의 래스터-타입 스캔과 같은 스캔을 개시하며(302), 여기서 안테나는 레이더 유닛(104)의 시야(FoV) 내에서 지향된다. 이것은, 안테나가 차량의 경로 내의 조준 방향에 대한 하나 이상의 각도를 향한다는 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 FoV란 안테나 유닛(104)이 물체를 검출할 수 있는 영역을 의미하며, 이는 레이더 유닛(104)이 가능한 지향성 및 빔폼의 범위에서의 송신 동안의 안테나의 HPIA를 포함한다.3 shows a process 300 according to some embodiments of the present invention for controlling a radar unit 104. The process 300 initiates a scan, such as a raster-type scan of the transmitter (302), where the antenna is directed within the field of view (FoV) of the radar unit 104. This means that the antenna is oriented at one or more angles with respect to the aiming direction in the path of the vehicle. FoV as used herein refers to an area in which the antenna unit 104 can detect an object, which includes the possible directivity and HPIA of the antenna during transmission in the range of the beamform.

레이더 유닛(104) 내의 안테나 요소는 송신 방향, 수신 방향, 송신 이득, 수신 이득 등을 포함한 제어 파라미터를 조정함으로써 제어될 수 있다. 안테나 방향 및 이득은 안테나 요소를 위상 시프트하고 안테나 요소에 공급되는 전력을 조정함으로써 조정될 수 있다. 스캔을 수행하는 다양한 방법으로는, 사전 결정된 패턴으로 각도를 순환시키는 방법, 그 환경에서 검출된 물체 및 조건에 따라 동적으로 방향을 조정하는 방법, 및 다른 커스텀 방식 등이 있다.The antenna elements in the radar unit 104 can be controlled by adjusting control parameters including a transmission direction, a reception direction, a transmission gain, a reception gain, and the like. The antenna direction and gain can be adjusted by phase shifting the antenna element and adjusting the power supplied to the antenna element. Various methods of performing the scan include a method of circulating an angle in a predetermined pattern, a method of dynamically adjusting a direction according to an object and condition detected in the environment, and other custom methods.

일부 실시예에서, 안테나는 안테나 요소에 연결된 리액턴스 제어 요소를 통한 위상 시프팅을 가능하게 하도록 구성된, 메타 물질(MTM) 안테나 또는 메타-구조 안테나이다. 메타 구조 요소는 자연에서는 볼 수 없는 전자기 특성을 갖고 제작된 구조로, 여기서 굴절률은 임의의 값을 가질 수 있으며, 그 구조는 비주기적, 주기적 또는 부분 주기적(반주기적)일 수 있다. 메타 구조는 전자기파 위상을 주파수 및 공간 분포의 함수로 조작한다. 위상 제어기는 무선 프론트 엔드, 방사 요소 및 메타 구조를 따라 분산될 수 있다. 이러한 구조는 수동 소자 및/또는 능동 소자일 수 있다.In some embodiments, the antenna is a meta-material (MTM) antenna or meta-structure antenna, configured to enable phase shifting through a reactance control element coupled to the antenna element. The meta-structure element is a structure manufactured with electromagnetic properties that are not found in nature. Here, the refractive index may have an arbitrary value, and the structure may be aperiodic, periodic, or partial periodic (half periodic). The meta structure manipulates the phase of electromagnetic waves as a function of frequency and spatial distribution. The phase controller can be distributed along the radio front end, radiating elements and meta structures. These structures can be passive and/or active devices.

도 3을 계속 참조하면, 프로세스(300)는 송신 안테나를 예를 들어 각도 각도 시퀀스 및 송신 파라미터에 따라서 제 1 송신 각도로 조정한다(304). 물체가 검출되면(306), 프로세스는 검출된 물체 즉 타깃(i)의 위치(Pi)를 판정하고, 이를 타깃(i)까지의 범위 또는 거리 및 각도(Ai)에 의해 식별한다(308). 식별은 범위 및 각도(R, A)의 범위 도플러 매핑으로 처리 및/또는 저장된다. 각도는 안테나의 조준과 같은, 디폴트 방향에 대해서 측정된다. 물체가 검출되지 않으면(306), 프로세스는 래스터 스캔과 같은 스캔을 계속한다(312).With continued reference to FIG. 3, process 300 adjusts (304) the transmit antenna to a first transmit angle according to, for example, an angular angle sequence and transmit parameters. When an object is detected (306), the process determines the location Pi of the detected object, i.e. target i, and identifies it by the range or distance to the target i and the angle Ai (308). The identification is processed and/or stored as a range Doppler mapping of ranges and angles (R, A). The angle is measured with respect to the default direction, such as the aiming of the antenna. If no object is detected (306), the process continues (312) a scan, such as a raster scan.

물체가 검출되면, 레이더 유닛(104)은 다음 스캔에서 타깃(i)이 어디에 위치될지 판정하고, 타깃(i)이 있다면 타깃(i)을 캡처하기 위한 레이더 각도에 대한 조정을 결정한다. 물체가 정지되어 있는 경우, 레이더 조정은 차량(102)의 움직임을 고려해서 물체가 레이더 유닛(104)에 대해 어디에 있게 될지를 결정하지만, 레이더 유닛(104)은 타깃(i)의 움직임을 결정하기 위한 다중 송신이 필요할 수도 있다. 레이더 유닛(104)이 FMCW와 같은 변조 타입을 포함하는 경우, 타깃(i)의 속도 및/또는 가속도는 하나 또는 수개의 송신 사이클로부터 결정될 수 있으며, 따라서 레이더는 레이더 유닛(104)과 타깃(i) 사이의 공간적 관계를 예측하는데 한 각도에서만 스캔하면 될 수 있으며, 이후 래스터 스캔을 계속한다(312)는 점에 주의한다. 사이드 로브의 HPIA 내에 물체가 없다면(314), 레이더 유닛(104)은 타깃(i)의 메인 로브 검출을 수행할 수 있도록 안테나를 조정할 것이다. When an object is detected, the radar unit 104 determines where the target i will be positioned in the next scan, and if there is a target i, it makes an adjustment to the radar angle to capture the target i. When the object is stationary, the radar adjustment takes into account the movement of the vehicle 102 and determines where the object will be relative to the radar unit 104, but the radar unit 104 determines the movement of the target i. Multiplexed transmission may be required. When the radar unit 104 comprises a modulation type such as FMCW, the velocity and/or acceleration of the target i can be determined from one or several transmission cycles, so the radar is the radar unit 104 and the target i Note that it is possible to scan only at one angle to predict the spatial relationship between ), and then the raster scan is continued (312). If there is no object in the side lobe's HPIA (314), the radar unit 104 will adjust the antenna to perform main lobe detection of the target i.

도 3 및 프로세스(300)를 계속 참조하면, 안테나의 조정은 별개의 요소인 송신 및 수신 안테나의 조정을 고려한다. 레이더 유닛(104)은 송신 안테나의 빔폼에 대응하는 빔폼을 수신 안테나에 생성해서, 수신 안테나가 송신 안테나의 HPIA 내에 있는 임의의 물체를 검출할 수 있게 한다. 레이더 유닛(104)이 안테나의 메인 로브 또는 사이드 로브의 HPIA 내의 물체를 검출하기 위해서 구현할 수 있게 하는 다양한 제어가 존재한다. 사이드 로브의 HPIA 내에 타깃(i)이 있는 경우(314), 안테나 유닛(104)은 사이드 로브의 타깃(i)을 검출할 수 있도록 안테나를 조정할 수 있다(316). 그렇지 않으면, 메인 로브에서 타깃(i)(O1)을 검출할 수 있도록 안테나를 계속 조정하고(318), 이후 송신 각도로 안테나를 조정한다(312). 이후에, 처리는 물체가 검출되었는지 여부를 계속 결정한다(306). 이러한 방식으로, 사이드 로브에서 물체가 검출되면, 메인 로브가 방향 전환된다. 사이드 로브에 있는 물체를 결정하는 과정은 도달 각도 및 거리 정보를 사용하고, 이는 물체 검출할 때 레이더 유닛(104)에 의해 처리된다. With continued reference to Figure 3 and process 300, the tuning of the antenna takes into account a separate factor, the tuning of the transmit and receive antennas. The radar unit 104 generates a beamform corresponding to the beamform of the transmit antenna on the receive antenna, so that the receive antenna can detect any object within the HPIA of the transmit antenna. Various controls exist that allow the radar unit 104 to be implemented to detect objects within the HPIA of the antenna's main or side lobes. When the target (i) is present in the side lobe HPIA (314), the antenna unit 104 can adjust the antenna so that the target (i) of the side lobe can be detected (316). Otherwise, the antenna is continuously adjusted to detect the target i (O 1 ) in the main lobe (318), and then the antenna is adjusted to the transmit angle (312). Afterwards, the process continues to determine whether an object has been detected (306). In this way, when an object is detected in the side lobe, the main lobe is redirected. The process of determining the object in the side lobe uses the angle of arrival and distance information, which is processed by the radar unit 104 when detecting the object.

메인 로브의 이동 또는 방향 전환이 도 4에 도시되어 있으며, 여기서 메인 로브 HPIA(450)이 조준에 도시되어 있으며, 사이드 로브는 HPIA 세트(452)로 도시된다. 이 위치에서 레이더 유닛은 범위(R0)에서 물체를 식별할 수 있다. 사이드 로브 HPIA(460)에서 물체가 검출되면, 안테나는 HPIA(454)에 도시된 바와 같이, 검출된 물체(O2)를 향하는 각도로 방향이 전환되어서 메인 로브가 물체(O2)를 검출할 수 있게 한다. 유사하게, 사이드 로브(470)가 다른 물체(O3)를 검출하면, 메인 빔은 HPIA(456)에 도시된 바와 같이 방향 전환된다. 검출된 각각의 물체는 이러한 메인 로브의 제어를 가능하게 하는 관련 범위 및 도달 각도를 갖는다. 예를 들어 물체가 검출된 위치 및 다른 영역에 다른 물체가 있을 예상(foretell)과 같은 다른 이벤트, 물체 및 조건이, 메인 로브의 방향 전환을 트리거할 수도 있다는 점에 주의한다. 이것은 예를 들어, 다수의 자전거가 무리지어서 즉 펠로톤(peloton)으로 이동하는 경우이다. 이것은 종종 주말에, 아침에 그리고 저녁에 발생한다. 일단 제 1 자전거가 검출되면, 레이더 유닛(104)은 다른 자전거들의 위치를 캡처하도록 메인 로브를 방향 전환할 수 있다.The movement or reorientation of the main lobe is shown in FIG. 4, where the main lobe HPIA 450 is shown in aiming and the side lobe is shown as the HPIA set 452. In this position, the radar unit can identify objects in range (R 0 ). When an object is detected in the side lobe HPIA (460), the antenna is turned to an angle toward the detected object (O 2 ), as shown in the HPIA (454), so that the main lobe can detect the object (O 2 ). Make it possible. Similarly, when the side lobe 470 detects another object O 3 , the main beam is redirected as shown in HPIA 456. Each detected object has an associated range and angle of arrival that allows control of this main lobe. Note that other events, objects, and conditions, such as the location where the object was detected and the prediction of another object in a different area, may trigger a reorientation of the main lobe. This is the case, for example, in the case of a group of bicycles, ie traveling in a peloton. This often occurs on the weekends, in the morning and in the evening. Once the first bike is detected, the radar unit 104 can redirect the main lobe to capture the positions of other bikes.

예시가 도 5에 도시되어 있으며, 물체, 타깃(i)은 송신 안테나(500) 및 수신 안테나(510)에 근접해서 위치되며, 레이더 시스템에서 별도의 안테나일 수 있다. 송신 안테나(500)는, 메인 로브 HPIA(502)가 각도(AT0)에 위치될 때 타깃(O1)을 검출할 수 있도록 위치가 조정된다. 송신 안테나(500)는 사이드 로브 HPIA(504, 506)를 갖는다. 레이더 유닛(104)이 FoV를 스캔함에 따라, 송신 안테나(500)는 이 각도로 조정된다. 수신 안테나(510)는 메인 로브 HPIA(512) 또는 LSL HPIA(514)가 각도(AR0)에 위치될 때 물체를 검출 혹은 추적한다. 레이더 유닛(104)은 송신 안테나(500)의 빔폼에 대응하는 빔폼을 수신 안테나(510) 상에 생성해서, 수신 안테나(510)가 송신 안테나의 HPIA(502) 내에 있는 임의의 물체를 검출하는 것을 가능하게 한다. 레이더 유닛(104)이 안테나의 메인 로브 또는 사이드 로브의 HPIA 내의 물체를 검출하기 위해서 구현할 수 있는 다양한 제어가 존재한다. 사이드 로브(514)의 HPIA 내에 타깃(O1)이 있는 경우, 안테나 유닛(104)은 사이드 로브의 타깃(O1) 검출(516)을 가능하게 하도록 안테나(510)를 조정할 수 있다. AT1, AT2과 같이 메인 로브의 축과 형성된 각 사이드 로브의 축 사이에는 고정된 관계가 있을 수 있다. 이들 각도는, 메인 로브의 방향과 송신 안테나(500)의 방향이 변경될 때 변경될 수 있다.An example is shown in FIG. 5, and the object and target i are located close to the transmitting antenna 500 and the receiving antenna 510, and may be separate antennas in the radar system. The transmit antenna 500 is positioned so that it can detect the target O 1 when the main lobe HPIA 502 is positioned at an angle A T0 . The transmit antenna 500 has side lobe HPIAs 504 and 506. As the radar unit 104 scans the FoV, the transmit antenna 500 is adjusted to this angle. The receiving antenna 510 detects or tracks an object when the main lobe HPIA 512 or LSL HPIA 514 is positioned at an angle A R0 . The radar unit 104 generates a beamform corresponding to the beamform of the transmit antenna 500 on the receive antenna 510, so that the receive antenna 510 detects an arbitrary object in the HPIA 502 of the transmit antenna. Make it possible. There are various controls that the radar unit 104 can implement to detect objects within the HPIA of the main lobe or the side lobe of the antenna. When there is a target O 1 in the HPIA of the side lobe 514, the antenna unit 104 can adjust the antenna 510 to enable detection 516 of the target O 1 of the side lobe. There may be a fixed relationship between the axis of the main lobe and the axis of each side lobe formed, such as A T1 and A T2 . These angles may be changed when the direction of the main lobe and the direction of the transmission antenna 500 are changed.

도 5의 예는 별도의 송신 안테나 요소 및 수신 안테나 요소를 가진 시스템이지만, 이들 동작은 듀플렉스 구성과 같은, 단일 안테나를 사용하는 송수신기 모듈에서도 유사하게 구현될 수 있다는 것이 이해된다. 송신 안테나 및 수신 안테나 동작은 송신 안테나의 송신 각도와 수신 안테나의 수신 방향을 제어하고 각각의 이득을 조정함으로써 조정된다. 표로 나타낸 바와 같이, 시간 t1에서 송신 안테나는 각도(ATO)를 향하고 이득(G0)을 갖는다. 동일한 시간 t1에, 수신 안테나는 각도(ARO)를 향하고 이득(G0)을 갖는다. 이들 초기 위치 및 파워 조건은, 수신 안테나 및 송신 안테나가 조정되는, 안테나에 대한 래스터 스캔 동작의 결과이며 그 일부이다. 수신 안테나는 타깃(O1)을 검출하고, 레이더 유닛(104)은 AR1에 HPIA를 위치시키기 위해 수신 안테나의 방향을 변경한다. 이는 타깃 1을 계속 캡처 혹은 추적하도록 수신 안테나를 위치시키기 위한 것이다. 이 시나리오에서 이득도 G1로 변경된다. 수신 안테나의 조정은 메인 로브 또는 LSL을 다음 각도로 위치시키는 역할을 할 수 있다. 시간 t2에 송신 안테나 각도는 AT0로 유지되고, 수신 안테나 각도는 AR1로 변경되며 이득(G1)을 갖는다. 시간 t3에 송신 안테나 각도는 AT2로 변경되고 이득(G2)을 가지며, 수신 안테나는 이전 구성으로 유지된다. 시간 t4에 수신 안테나는 이득을 G2로 변경한다.Although the example of FIG. 5 is a system with separate transmit antenna elements and receive antenna elements, it is understood that these operations may be similarly implemented in a transceiver module using a single antenna, such as a duplex configuration. The transmit antenna and receive antenna operations are adjusted by controlling the transmit angle of the transmit antenna and the receive direction of the receive antenna, and adjusting respective gains. As shown in the table, at time t1 the transmit antenna faces an angle A TO and has a gain G 0 . At the same time t1, the receiving antenna faces an angle A RO and has a gain G 0 . These initial position and power conditions are the result of and part of a raster scan operation for the antenna in which the receive and transmit antennas are adjusted. The receiving antenna detects the target O 1 , and the radar unit 104 changes the direction of the receiving antenna to place the HPIA at A R1 . This is to position the receive antenna so that it continues to capture or track target 1. In this scenario, the gain also changes to G1. Adjustment of the receiving antenna may serve to position the main lobe or LSL at the next angle. At time t2, the transmit antenna angle is maintained at A T0 , the receive antenna angle is changed to A R1 and has a gain (G1). At time t3, the transmit antenna angle is changed to A T2 and has a gain (G2), and the receive antenna remains in its previous configuration. At time t4, the receiving antenna changes its gain to G2.

이들 예에서, 안테나 요소의 파라미터는 레이더 유닛(104)의 물체 검출 성능을 최적화하도록 조정된다. 송신 안테나(500)와 수신 안테나(510)의 각도 및 안테나(500, 510)의 이득을 제어함으로써, 레이더 유닛(104)은 증가된 영역에서 물체를 검출할 수 있다. 검출된 물체에 따라서 수행될 수 있는 다양한 다른 응답 및 조정이 있다. 이러한 개선된 검출 및 추적을 위해서 추가적인 파라미터가 고려되고 사용될 수 있다. 또한, 차량(102) 내의 다른 센서는 물체가 검출될 때, 예를 들어 이 물체가 레이저 또는 카메라 등에 의한 추가적인 모니터를 촉구하는 위치 및 속도를 갖는 경우에, 트리거될 수 있다. In these examples, the parameters of the antenna element are adjusted to optimize the object detection performance of the radar unit 104. By controlling the angles of the transmitting antenna 500 and the receiving antenna 510 and the gains of the antennas 500 and 510, the radar unit 104 can detect an object in an increased area. There are a variety of different responses and adjustments that can be performed depending on the detected object. Additional parameters can be considered and used for this improved detection and tracking. In addition, other sensors in vehicle 102 may be triggered when an object is detected, for example if the object has a position and speed that prompts additional monitoring by laser or camera or the like.

도 6은 안테나 요소(602, 604), 안테나용 제어기(610) 및 물체 분류 모듈(622)을 구비한 레이더 유닛(104)을 구현하는 예시적인 시스템(600)을 도시한다. 이 시스템(600)의 다양한 구성 요소는, 안테나 및 모듈로부터 피드백을 수신하고 명시된 명령어, 데이터 및 가이드를 제공하는 센서 융합(620)과 통신한다. 물체 분류 모듈(622)은 안테나 정보를 수신해서, 보행자, 건물, 차량 등과 같은 물체의 분류를 결정한다. 전력 제어기(612)는 안테나의 이득을 조정한다. 위상 제어기(614)는 안테나의 위상을 조정하고, 일부 실시예에서는 안테나 요소의 리액턴스를 제어한다. 물체 분류 모듈(622)은 안테나(602, 604)로부터 정보를 수신하며, 이는 아날로그-디지털(A-D) 변환, FFT 처리, 절대값 결정, 로그 스케일링 등을 포함할 수 있는 다양한 프로세스에 의해, 모듈(622)에 제시되도록 처리된다. AoA(Angle-of-Arrival) 결정 모듈(624)은 변조된 신호 및 반사를 사용해서, 도달 각도를 범위와 함께 결정해서 물체의 위치를 찾는다. 위치 및 분류를 결정하는 데 물체의 속도가 사용될 수도 있다. 검출된 정보는, 차량 및/또는 운전자를 제어하거나 경고하는 역할을 하는 센서 융합(620)에 제공된다. 6 shows an exemplary system 600 implementing a radar unit 104 with antenna elements 602 and 604, a controller 610 for the antenna and an object classification module 622. The various components of this system 600 communicate with sensor fusion 620 that receives feedback from antennas and modules and provides specified instructions, data and guidance. The object classification module 622 receives antenna information and determines the classification of objects such as pedestrians, buildings, and vehicles. Power controller 612 adjusts the gain of the antenna. The phase controller 614 adjusts the phase of the antenna and, in some embodiments, controls the reactance of the antenna element. Object classification module 622 receives information from antennas 602 and 604, which by various processes, which may include analog-to-digital (AD) conversion, FFT processing, absolute value determination, log scaling, etc. 622). The Angle-of-Arrival (AoA) determination module 624 uses the modulated signal and reflection to determine the angle of arrival along with the range to locate the object. The object's velocity may be used to determine its position and classification. The detected information is provided to the sensor fusion 620, which serves to control or warn the vehicle and/or driver.

도 7은 메인 안테나로부터의 사이드 로브 방사 패턴을 감소/캔슬시키면서 안테나의 시야를 확장하는 방법을 구현하는 안테나 시스템을 도시한다. 도시된 바와 같이, 시스템(700)은, 명령어, 신호 및 데이터를 시스템(700) 전체에, 특히 RF 모듈(710)에 제공하는 마이크로 제어기(730)에 의해 제어된다. 마이크로 제어기(730)는 또한 디지털 신호 처리(DSP) 모듈(740) 및 제어 모듈(760)과 함께 동작하며, 여기서 제어 모듈(760)은 이 시스템의 위상 제어기에 제어 신호를 제공한다. 일부 실시예에서, 제어 모듈(760)은 시스템(700)의 회로, 설계 및 애플리케이션에 커스토마이즈될 수 있는 FPGA(Field Gate Programmable Array)이다.7 shows an antenna system that implements a method of extending the field of view of the antenna while reducing/cancelling the side lobe radiation pattern from the main antenna. As shown, the system 700 is controlled by a microcontroller 730 that provides instructions, signals and data throughout the system 700, particularly to the RF module 710. Microcontroller 730 also operates in conjunction with digital signal processing (DSP) module 740 and control module 760, where control module 760 provides control signals to the system's phase controller. In some embodiments, control module 760 is a Field Gate Programmable Array (FPGA) that can be customized to the circuitry, design, and application of system 700.

RF 모듈(710)은 송신 경로(752, 754)를 통해 메인 안테나(784, 786)에 연결된 피드 구조(720)(feed)를 포함하는 무선 주파수(RF) 모듈로, 피드 구조(720)와 안테나 방사 요소(784, 786) 사이에는 위상 제어기(762, 764)가 각각 배치되어 있다. 이들 요소(784, 786)는 안테나 시스템(750) 내에서 메인 안테나를 형성한다. 다양한 구성에서 임의의 수의 안테나 요소가 있을 수 있다. 안테나 구조(750) 내의 안테나 요소는, 레이더 시스템용과 같이, 방사 빔을 형성하며, 여기서 빔은 도 2에 도시된 바와 같은 메인 빔 및 사이드 빔을 가지며, 도시된 빔은 물체가 검출될 수 있는 HPIA의 윤곽을 나타낸다. 방사는 메인 로브 및 하나 이상의 사이드 로브를 갖는다. 시스템(700)은, 송신 경로(770, 780)를 통해서 가드 피드(guard feed) 구조(716, 718)로부터 안테나 요소(772, 774)로 각각 공급되는 다수의 가드 요소를 구현한다. 이들은 안테나 시스템(750) 내에 형성 및/또는 위치될 수도 있고, 혹은 메인 안테나(784, 786)로부터 분리될 수도 있다.The RF module 710 is a radio frequency (RF) module including a feed structure 720 connected to the main antennas 784 and 786 through transmission paths 752 and 754, and the feed structure 720 and the antenna Phase controllers 762 and 764 are disposed between the radiating elements 784 and 786, respectively. These elements 784 and 786 form the main antenna within antenna system 750. There may be any number of antenna elements in various configurations. The antenna elements in the antenna structure 750 form a radiation beam, such as for a radar system, where the beam has a main beam and a side beam as shown in FIG. 2, the beam shown being the HPIA from which the object can be detected. Shows the outline of. Radiation has a main lobe and one or more side lobes. System 700 implements a number of guard elements that are fed from guard feed structures 716 and 718 to antenna elements 772 and 774 respectively via transmission paths 770 and 780. These may be formed and/or located within the antenna system 750, or may be separated from the main antennas 784, 786.

가드 요소는 각각 위상 시프터(756, 758)를 포함하며, 이들은 메인 안테나 요소(784, 786)와는 다른 특정한 동작 조건에서 동작된다. 다시, 이들은 안테나 구조의 예로서 도시된 것으로, 여기서 각각의 안테나 요소(784, 786)는 어레이 구조, 선형 구조, 랜덤 패턴 구조, 방사 요소의 비대칭 구조 등을 가질 수 있다. 제어 모듈(760)은 바이어스 전압 또는 바이어스 신호와 같은 제어 조건을 시스템(700) 전체의 위상 시프터에 제공한다. 제어 모듈(760)은 메인 안테나 요소(764, 766)의 위상 시프터와는 다르게 가드 요소(756, 758)의 위상을 제어하며, 여기서 주 안테나 요소(784, 786)가 메인 방사 빔을 생성한다. 가드 요소(772, 774)는 도 8에 도시된 바와 같이 개별 빔을 형성한다.The guard elements each include phase shifters 756 and 758, which are operated under specific operating conditions different from the main antenna elements 784 and 786. Again, these are shown as examples of antenna structures, where each antenna element 784, 786 may have an array structure, a linear structure, a random pattern structure, an asymmetric structure of a radiating element, and the like. The control module 760 provides control conditions, such as a bias voltage or a bias signal, to a phase shifter throughout the system 700. The control module 760 controls the phase of the guard elements 756 and 758 differently from the phase shifters of the main antenna elements 764 and 766, where the main antenna elements 784 and 786 generate the main radiation beam. Guard elements 772 and 774 form individual beams as shown in FIG. 8.

도 8은 위상, 이득 등에 대한 별도의 피드 및 제어를 가진 가드 요소(814, 816)를 구비한 안테나 구조(800)를 도시하며, 이는 가드 요소(814, 816)로부터 방사 빔을 격리시키는 역할을 한다. 위상 제어는 이로부터 형성된 빔(810, 812)의 방향을 조정하고 조향하는 데 사용된다. 도시된 바와 같이, 빔(810, 812)은 메인 안테나 방사 빔(802)과 연관된 사이드 로브(802, 804)와 중첩한다. 이러한 방식으로, 가드 요소는 방사 요소의 벡터 또는 어레이로 이루어진 구조화된 슈퍼 요소이다. 안테나(800)를 구성하는데 다양한 구조가 사용될 수 있으며, 여기서 메인 안테나 부분(815) 및 가드 요소(814, 816)에서 상이한 구조가 구현될 수 있다.Figure 8 shows an antenna structure 800 with guard elements 814, 816 with separate feeds and controls for phase, gain, etc., which serves to isolate the radiation beam from guard elements 814, 816. do. Phase control is used to steer and steer the beams 810 and 812 formed therefrom. As shown, beams 810 and 812 overlap side lobes 802 and 804 associated with main antenna radiation beam 802. In this way, the guard element is a structured super element consisting of a vector or array of radiating elements. Various structures may be used to construct the antenna 800, where different structures may be implemented in the main antenna portion 815 and the guard elements 814, 816.

도 9는 안테나(800)의 메인 로브(802)에서 제 1 타깃이 검출되는 본 발명의 검출 범위를 예시한다. 제 2 타깃은 사이드 로브(804)에서 검출되고 제 3 타깃은 가드 요소 빔(812)에서 검출된다. 또한 제 4 타깃이 가드 요소 빔(810)에서 검출되고, 제 5 타깃이 사이드 로브(802)에서 검출된다. 이들은 동시에 또는 순차적으로 검출되어서 수신된 반사가 다음 위치를 나타낸다. 이들 실시예에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 사이드 로브(802, 804) 내의 타깃이 가드 요소 빔(810, 812) 내에서 검출된다. 가드 요소를 도입해서 사이드 로브를 감소 또는 제거시킴으로써 검출 능력을 개선시킬 수 있는데, 이는 도달 각도 계산을 사용하지 않고도 그 안에 많은 타깃이 검출될 수 있기 때문이다. 9 illustrates the detection range of the present invention in which the first target is detected in the main lobe 802 of the antenna 800. The second target is detected in the side lobe 804 and the third target is detected in the guard element beam 812. Also, a fourth target is detected in the guard element beam 810, and a fifth target is detected in the side lobe 802. They are detected simultaneously or sequentially so that the received reflection indicates the next position. In these embodiments, targets in side lobes 802, 804 are detected in guard element beams 810, 812, as shown in FIG. 9. By introducing a guard element to reduce or eliminate the side lobe, the detection capability can be improved, since many targets can be detected in it without using the angle of arrival calculation.

본 발명은 사이드 로브 검출 및/또는 가드 요소 검출을 사용하는 확장된 물체 검출 방법 및 장치를 제공한다. 본 명세서에 제시된 실시예는 다양한 안테나 구조, 방사 요소, 위상 제어 메커니즘, 물체 분류 기술 등에 포함될 수 있다. 이는 자동차 검출 및 제어와 같은 응용 분야에서 센서 융합의 강력한 도구를 제공한다.The present invention provides an extended object detection method and apparatus using side lobe detection and/or guard element detection. The embodiments presented herein may be included in various antenna structures, radiating elements, phase control mechanisms, object classification techniques, and the like. This provides a powerful tool for sensor fusion in applications such as automotive detection and control.

개시된 예시들에 대한 이전의 설명은 당업자가 본 개시를 제조 혹은 사용할 수 있게 하기 위해서 제공된 것이라는 것이 이해된다. 이들 예시를 다양하게 수정하는 것은 당업자에게 쉽게 자명할 것이며, 본 명세서에 정의된 일반적인 원리는 본 개시의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고도 다른 예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 개시는 본 명세서에서 제시되는 예로 한정되는 것이 아니며 본 명세서에 개시된 원리 및 신규한 특성과 일치하는 가장 넓은 범위에 따라야 한다.It is understood that the previous description of the disclosed examples has been provided to enable any person skilled in the art to make or use the present disclosure. Various modifications to these examples will be readily apparent to those skilled in the art, and the general principles defined herein may be applied to other examples without departing from the spirit or scope of the present disclosure. Accordingly, the present disclosure is not limited to the examples presented herein and is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.

Claims (20)

물체 검출 방법으로서,
레이더 안테나 유닛으로부터의 스캔을 개시하는 단계와,
메인 로브 및 사이드 로브를 갖는 전자기 빔폼을 송신하는 단계 - 상기 메인 로브 및 상기 사이드 로브는 각각 대응하는 하프-파워 조명 영역(Half-Power Illumination Area)을 가짐 - 와,
상기 하프-파워 조명 영역 중 적어도 하나에서 물체를 검출하는 단계와,
상기 물체가 안테나의 사이드 로브의 하프-파워 조명 영역 내에 위치되도록 상기 안테나를 조정하는 단계
를 포함하는 방법.
As an object detection method,
Initiating a scan from the radar antenna unit, and
Transmitting an electromagnetic beamform having a main lobe and a side lobe, wherein the main lobe and the side lobe each have a corresponding half-power illumination area-Wow,
Detecting an object in at least one of the half-power illumination areas,
Adjusting the antenna such that the object is located within a half-power illumination area of the side lobe of the antenna.
How to include.
 제 1 항에 있어서,
상기 안테나를 조정하는 단계는 상기 안테나의 이득을 조정하는 단계를 포함하는
방법.
The method of claim 1,
Adjusting the antenna includes adjusting a gain of the antenna.
Way.
 제 1 항에 있어서,
상기 안테나를 조정하는 단계는 기준 방향에 대해서 상기 안테나의 각도를 조정하는 단계를 포함하는
방법.
The method of claim 1,
Adjusting the antenna comprises adjusting an angle of the antenna with respect to a reference direction.
Way.
 제 3 항에 있어서,
상기 안테나는 메타 물질 요소의 어레이를 포함하고,
상기 안테나의 각도를 조정하는 단계는 상기 메타 물질 요소의 어레이 중 적어도 하나의 리액턴스를 변경하는 단계를 포함하는
방법.
The method of claim 3,
The antenna comprises an array of metamaterial elements,
Adjusting the angle of the antenna comprises changing the reactance of at least one of the array of metamaterial elements.
Way.
 안테나 시스템으로서,
메타 물질 요소의 어레이를 포함하는 안테나와,
상기 안테나에 연결된 안테나 제어기
를 포함하고,
상기 안테나 제어기는
물체의 위치를 판정하고,
상기 물체를 추적하기 위한 타깃 방사 패턴을 결정하며 - 상기 타깃 방사 패턴은 메인 로브 및 적어도 하나의 사이드 로브를 포함함 - ,
상기 타깃 방사 패턴의 사이드 로브의 하프-파워 조명 영역의 위치를 변경하도록 상기 안테나의 파라미터를 조정하도록 구성되는
안테나 시스템.
As an antenna system,
An antenna comprising an array of metamaterial elements,
Antenna controller connected to the antenna
Including,
The antenna controller
Determine the position of the object,
Determining a target radiation pattern for tracking the object, the target radiation pattern including a main lobe and at least one side lobe,
Configured to adjust a parameter of the antenna to change the position of the half-power illumination area of the side lobe of the target radiation pattern.
Antenna system.
 제 5 항에 있어서,
상기 안테나에 연결되고, 상기 안테나의 이득을 변경하도록 구성된 전력 제어기
를 더 포함하는 안테나 시스템.
The method of claim 5,
A power controller connected to the antenna and configured to change a gain of the antenna
Antenna system further comprising a.
 레이더 시스템으로서,
복수의 방사 요소 및 적어도 하나의 가드 요소를 가진 수신 안테나 - 상기 복수의 방사 요소는 메타 구조 요소임 - 와,
상기 복수의 방사 요소 및 상기 적어도 하나의 가드 요소에 별도의 피드를 제공하는 무선 제어기와,
상기 복수의 방사 요소 및 상기 적어도 하나의 가드 요소에 연결된 위상 제어 유닛을 제어하도록 구성된 위상 제어 모듈과,
상기 복수의 방사 요소로부터 방사 빔의 방향을 결정하는 제어기
를 포함하는 레이더 시스템.
As a radar system,
A receiving antenna having a plurality of radiating elements and at least one guard element, the plurality of radiating elements being meta-structure elements, and,
A radio controller providing separate feeds to the plurality of radiating elements and the at least one guard element,
A phase control module configured to control a phase control unit connected to the plurality of radiating elements and the at least one guard element,
Controller for determining the direction of the radiation beam from the plurality of radiation elements
Radar system comprising a.
 제 7 항에 있어서,
상기 무선 제어기는 메인 로브 피드 구조 및 적어도 하나의 가드 로브 피드 구조를 갖는
레이더 시스템.
The method of claim 7,
The radio controller has a main lobe feed structure and at least one guard lobe feed structure.
Radar system.
 제 8 항에 있어서,
상기 위상 제어기의 제어는 상기 방사 빔의 방향을 변경하는
레이더 시스템.
The method of claim 8,
Control of the phase controller to change the direction of the radiation beam
Radar system.
 제 9 항에 있어서,
상기 메인 로브 피드 구조는 제 1 파라미터 세트로 상기 복수의 방사 요소에 신호를 제공하고,
상기 적어도 하나의 가드 로브 피드 구조는 상기 제 1 파라미터 세트와는 상이한 제 2 파라미터 세트로 상기 적어도 하나의 가드 요소에 제 2 신호를 제공하는
레이더 시스템.
The method of claim 9,
The main lobe feed structure provides signals to the plurality of radiating elements with a first set of parameters,
Wherein the at least one guard lobe feed structure provides a second signal to the at least one guard element with a second parameter set different from the first parameter set.
Radar system.
 제 10 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 가드 요소로부터의 가드 방사 빔과는 별개의 상기 방사 빔을 생성하도록 구성되고,
상기 가드 방사 빔은 상기 방사 빔의 사이드 로브 부분과 중첩되는
레이더 시스템.
The method of claim 10,
The controller is configured to generate the radiation beam separate from the guard radiation beam from the guard element,
The guard radiation beam overlaps with the side lobe portion of the radiation beam.
Radar system.
 제 11 항에 있어서,
도달 각도 계산 유닛
을 더 포함하는 레이더 시스템.
The method of claim 11,
Reach angle calculation unit
Radar system further comprising a.
 제 12 항에 있어서,
검출된 물체를 분류하기 위한 인지 엔진
을 더 포함하는 레이더 시스템.
The method of claim 12,
Cognitive engine to classify detected objects
Radar system further comprising a.
 제 10 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 가드 요소로부터의 가드 방사 빔과는 별개의 상기 방사 빔을 생성하도록 구성되고,
상기 가드 방사 빔은 상기 방사 빔의 사이드 로브 부분의 일부와 중첩되는
레이더 시스템.
The method of claim 10,
The controller is configured to generate the radiation beam separate from the guard radiation beam from the guard element,
The guard radiation beam overlaps with a portion of the side lobe portion of the radiation beam.
Radar system.
 제 14 항에 있어서,
상기 레이더 시스템은 사이드 로브 빔에서 물체를 검출하는 것에 응답해서 상기 방사 빔의 방향을 변경하는
레이더 시스템.
The method of claim 14,
The radar system changes the direction of the radiation beam in response to detecting an object in the side lobe beam.
Radar system.
 제 1 항에 있어서,
상기 수신 안테나 및 상기 적어도 하나의 가드 요소에 의해 생성되는 각각의 방사 빔은, 하프-파워 조명 영역에 의해 정의되는
레이더 시스템.
The method of claim 1,
Each radiation beam generated by the receiving antenna and the at least one guard element is defined by a half-power illumination area.
Radar system.
 물체 검출 방법으로서,
안테나의 사이드 로브 내에서 물체를 검출하는 단계와,
상기 안테나의 상기 사이드 로브를 위치 결정하도록 안테나 지향성을 조정하는 단계
를 포함하는 물체 검출 방법.
As an object detection method,
Detecting an object within the side lobe of the antenna,
Adjusting antenna directivity to position the side lobe of the antenna
Object detection method comprising a.
 제 17 항에 있어서,
상기 물체로부터의 반사의 도달 각도를 결정하는 단계
를 더 포함하는 물체 검출 방법.
The method of claim 17,
Determining an angle of arrival of reflection from the object
Object detection method further comprising a.
 제 18 항에 있어서,
상기 도달 각도는 상기 사이드 로브 내의 상기 물체의 위치를 식별하는
물체 검출 방법.
The method of claim 18,
The angle of arrival identifies the position of the object within the side lobe.
Object detection method.
 제 19 항에 있어서,
상기 물체를 검출하는 것에 응답해서 상기 안테나의 방향 및 이득을 조정하는 단계를 더 포함하는
물체 검출 방법.The method of claim 19,
Adjusting the direction and gain of the antenna in response to detecting the object.
Object detection method.
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